科學遊戲 低溫沸騰

文與圖/許良榮 |2017.03.01
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以注射針筒吸取熱水,吸取量大約為針筒長度的三分之一即可,如圖一所示。圖/許良榮
將已經封閉針頭的注射針頭插進針筒的頭部(如圖二),接著將針筒活塞用力且迅速的往下拉,就可以看到針筒裡的水沸騰起來囉(如圖三)!注意:針筒活塞往下拉的速度愈快、距離愈長,沸騰的情形愈明顯。 圖/許良榮
將已經封閉針頭的注射針頭插進針筒的頭部(如圖二),接著將針筒活塞用力且迅速的往下拉,就可以看到針筒裡的水沸騰起來囉(如圖三)!注意:針筒活塞往下拉的速度愈快、距離愈長,沸騰的情形愈明顯。 圖/許良榮
圖四 不同液體的蒸氣壓 圖/許良榮

文與圖/許良榮

相信大家都看過沸騰的水,也都知道水要沸騰必須達到攝氏一百度以上,但是有沒有可能不到一百度就沸騰呢?相信大家一定搖頭說不可能!

今天,我們就要做一個有趣的實驗,讓水不用一百度也可以沸騰喔!現在,就請大家準備好器材,一起來完成這個不可能的任務吧!

器材:針筒、熱水。

操作過程:

一、首先將注射針筒的針頭封閉。可以將針頭插入強力膠或保麗龍膠,讓膠水浸入針頭,等膠水乾了即可封住針頭。

二、在杯子中裝熱水,並以溫度計測量,確定熱水溫度在攝氏六十五度以上,小心別燙傷了喔!

三、以注射針筒吸取熱水,吸取量大約為針筒長度的三分之一即可,如圖一所示。

四、將已經封閉針頭的注射針頭插進針筒的頭部(如圖二),接著將針筒活塞用力且迅速的往下拉,就可以看到針筒裡的水沸騰起來囉(如圖三)!注意:針筒活塞往下拉的速度愈快、距離愈長,沸騰的情形愈明顯。

原理:

我們常會認為水要到攝氏一百度才會沸騰,但這是在「一大氣壓」的情況下,如果在大氣壓力比較小的環境,例如在高山上,水的沸點就會低於一百度,這也是在高山上不容易煮熟食物的原因。

沸點是「液體的蒸氣壓等於外界大氣壓力時的溫度」,圖四是四種液體在不同溫度的蒸氣壓,由此圖可看出水的蒸氣壓為101.3KPa(一大氣壓,綠色虛線)時的溫度是攝氏一百度。亦即當外界大氣壓力是一大氣壓時,水的溫度上升到攝氏一百度,其蒸氣壓等於一大氣壓,此時水就沸騰了。

同理,如果外界大氣壓力只有三分之一大氣壓力時,水在不到攝氏七十五度時就會沸騰。因為這個原因,所以注射針筒裡的活塞被拉開時,針筒內的氣壓會變小,這時只要拉開活塞的距離夠大,針筒內的氣壓夠小時,水就可以沸騰了。

叮嚀的話:

一、要成功的操作,針頭與針筒不能漏氣是很重要的因素,因此務必確認針頭有確實封閉。

二、拉開活塞時,不要緩慢的拉開,盡量用力且迅速的拉開效果較佳。

三、拉開活塞,針筒內的空氣在膨脹過程是吸熱反應,因此針筒內的水溫必然會下降。如果要操作第二次,建議先將針筒內的溫水壓出來倒掉,再重新吸取熱水。

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